生物信息学的定义篇1

在探讨信息概念时，我们需要对人们在生活和科学研究中使用“信息”一词所指称的广泛的现象进行概括，这样最终我们会发现有两个基本对象，其中一个属于客观世界本身所具有的性质，另一个则产生于生活主体和客观世界相互作用的关系之中。控制论的创始人维纳就从这两个意义上阐述过信息。一方面他说：“信息就是组织程度的度量”，是“负熵”⑴，另一方面又说：“信息是我们适应外部世界，并且使这种适应为外部世界所感到的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称。”⑵后一种信息是不能脱离接受者的解释结构而存在的，维纳举例讲道：音乐对于懂音乐的人来说会产生这种“在语义学上有意义的信息”，对于不懂音乐的人来说则不会。苏联《哲学词典》俄文1980年第4版在“信息”这个词条下也写道：“在信息概念中应该区别出两个方面。在第一个方面，信息乃是系统的组织性的程度。信息的数学表达式和熵的数学表达式，除符号相反外是一样的。正如系统的熵表示系统的紊乱性程度，而信息表示系统的组织性程度。这样理解的信息构成系统、过程本身的内部所有物，可以叫作结构信息。在第二个方面，应该把密切地与反映相联系的信息和结构信息区别开。如果一个事物中发生反映另一事物作用的变化，那末可以说这一事物就成为关于另一事物的信息的负荷者。对于控制论系统来说，B由A的作用所引起的变化，不只是B对A的某些鉴别，而是控制论系统B的功能活动的因素。”在这里我们看出苏联学者继承和阐发了维纳的思想，他们明确区分出表示事物本身的规定性的结构信息（又称绝对信息）和产生于控制系统对周围事物的反映之中的功能信息(又称相对信息)。用信息论的术语来说，就是前一种信息的存在只要考虑到信源就可以了，而后一种信息的存在还必须考虑到信宿。上述思想可供我们在对信息进行哲学的全面概括时加以借鉴，使信息概念不必具有单一层次的内涵。

我认为信息可作如下定义：信息是客观世界中物质和能量存在和变动的有序形式，和自组织系统对这个形式的能动的反映及改组。其中前一个表语表述了信息概念的第一层次内涵，或者说广义内涵，后一个表语表述了信息概念的第二层次内涵，或者说狭义内涵。

先说信息概念的第一层次内涵。维纳曾经说：“信息就是信息，不是物质也不是能量”⑷。那末信息究竟是什么呢？我认为它是物质和能量运动的有序形式。

古希腊哲学家亚里士多德最早与“质料”范畴相对提出“形式”范畴。质料是事物的物质基质，形式则是物质基质存在的样式。形式必须附着在质料上而存在，但是它又具有相对的独立性，这表现在比如大理石这块质料，既可以把它雕刻成人像而具有“人”的形式，又可以把它雕刻成马像而具有“马”的形式。仅限于这个范围内来说，这对范畴与“实体”和“属性”这对范畴是相通的。在上述定义中，我正是把物质和能量看作为实体性的东西，而把信息看作为它们表现出来的属性。我们可以把一定的物质和能量与它们表现出的属性作这种相对区分。我们知道，客观世界中的物质和能量是保持着一定的数量、既不能创造也不能消灭的，但是物质和能量具体存在的形式可以变化。物质和能量存在的各种具体形式是由它们特殊的组合和运动的方式所决定的，并且在不同的层次上展开。信息概念的第一层次内涵就是物质和能量存在和运动所表现出的这些具体形式。在这里我们要对“形式”的含义作广泛的理解，它是实体的一切可分辨的属性的总称，包括事物的结构形式、运动状态以及相互作用的方式等一切确定性。

对信息所作的这个本质规定是和科学家们提出的下述定义相通的—─信息是物质和能量在时间和空间中的不均匀分布，是负熵，是事物系统的组织性程度。因为物质和能量存在和运动的各种可以把捉的特定形式，只能由物质和能量在时间和空间中的各种不均匀分布造成。热力学第二定律指出的一个孤立系统内部趋向达到的熵最大状态，是一个物质和能量在时空中均匀分布的状态，这是一种混沌的单调的状态，其中没有任何可分辨的形式，也就没有信息。我们由此看到信息是有序性的形式。与此相联系产生了信息的度量的问题，一个系统内的物质、能量在时空中分布的不均匀程度愈是大，其所含信息量愈是多，亦即其组织性、有序性愈是高，这说明它的物质、能量运动的形式愈是复杂、有机。一个系统所包含的信息量，相当于使该系统从某种初始的无序状态过渡到有组织的状态而应当输入系统中的信息量。人体从单个分子构成其有机整体所需要的信息量为3x1026比特这样一个巨大的数字。一块无机的矿石所包含的信息量是与此不能相比的。从这里我们可以看出，信息是以一种新的统一的观点来看待物质世界。过去我们曾经用“质量”对不同的物质进行统一的度量，又用“能量”对不同的运动进行统一的度量，现在我们可以用“信息量”来对不同事物具有的规定性、性质进行统一的度量，信息量表示出事物组织性、有序性程度高低的不同。

因为信息不是事物的物质和能量本身，而是它们运动的形式，所以它可以通过同构关系被传递。所谓同构，简单地说，就是一个系统的物质、能量过程与另一个系统的物质、能量过程在组织结构和运动秩序上的一定对应。比如气温表上水银柱的不同高度对应着不同的气温，水银柱高度的一定变化对应着气温的一定变化，因此我们说气温表传达了气温的信息。我们人在生活中摄取关于外界环境的信息，也并不是把环境中事物的物质基质和能量本身吸收到我们脑子中来，而是以脑内神经脉冲的次序和强度的不同组合形式来对应于环境中事物的不同状态特征。这样我们就可以解释为什么信息表示作为信源的事物的性质，却又可以脱离信源而相对独立地存在，而且我们还可以了解信息的量值为何不象物质和能量那样是守恒的而可以增加（通过在不同信宿中复制同一信息）。

再说信息概念的第二层次内涵：信息是自组织系统对客观世界中物质和能量运动的有序形式所作的能动的反映及改组。对信息的这个规定是和科学家们对信息所作的下述定义相通的—─信息是生活主体和客观环境相互交换的内容，是控制系统用来控制受控对象的东西。我们在日常生活中所说的信息，总是指某种被我们所收到、理解，对我们有意义、用处的消息，此外还有被人们产生的操纵控制对象的指令信息，它们都属于信息概念的这个内涵。

这里需要说明一下什么是“自组织系统”。简单地说，自然界中的无机物质一般遵循热力学第二定律从有序走向无序，自组织系统是能够抵抗环境中的熵增趋势，自动地从无序向有序发展的系统。自组织系统是高度有组织性的物质，它在自然界中的代表就是生命。人类模仿生命的机制创造出自动控制系统，这是人工的自组织系统。自组织系统在自然界中不象无机物质那样，听凭环境因素的作用、自发地发生变化，而是按照内在机制规定的方向进行物质和能量运动的，这就是保存和发展自身。自组织系统既然具有保存和发展自身的趋向，而又生活在一个变动不居的既有有利因素、又有不利因素的环境里，因此它在生存、发展中需要关于环境的信息，借以调整自己的行动而适应环境的变化。自组织系统就是借助于信息的指导作用，使自身在和环境的相互作用中从无序走向有序、从低序走向高序的。

实际上只有在自组织系统对周围环境的反映中，才能真正使客观事物存在的形式和客观事物本身分离开，具有独立的意义和价值。这样，才实现了第一层次内涵的信息向第二层次内涵的信息的转化。因为第二层次内涵的信息不是产生于照镜子似的机械的反映，而是产生于能动的反映。这表现在维纳所说的“不是简单地取得外界的消息，而是要经过装置内部的改造加工才能获得。在那里将信息转化成适用于以后活动的新形式。无论是动物还是机器，这种操作都要对外界发生效用”⑸。对此，以下集中说明两点。

第一，这种信息只是在作为信宿的反映主体（人是最高级的自组织系统，也是最高级的主体，我们可以把其他的自组织系统看作以不同等级形式存在的主体）中实现的，它是依赖于主体的解释结构的，而这又与主体对于信息的整理加工分不开。同一个事件作为信号被传递到不同的主体中，它是否具有信息和信息量有多少，是依主体的解释结构的不同而不同的。那末，主体的解释结构是怎样形成的呢？这要归功于主体对过去生活中接受的大量信息进行储存、整理和加工的结果。动物能够简单地整理、加工信息，这就是在无条件反射的基础上依靠条件反射的能力，根据反复发生的生活经验在不同的外来信息间建立一定的联系。人类则不仅感性地归总经验现象以得出表面的联系，而且运用理性思维的能力来发现各类事实之间的深藏的稳定的本质联系。因此，人脑内部构成知识的信息采取对现实事物做不同程度的抽象概括的概念和判断的形式存在，理性主体可运用逻辑推理的规则对既有信息进行变换处理以产生更深层次的新信息。每个个人还吸取社会集体实践的成果来帮助完成自身整理信息的工作。这样，本来零散获得的信息在每个主体的内部形成一个有机的知识之网，这就是他的解释结构。新经验到的个别事件由于和这个知识之网的各个要素发生一定的关系而具有意义，而被理解。从此我们可以看出为什么第二层次内涵的信息离不开接受主体。同时我们也看到，那些过去获得的、经过加工整理、为主体掌握了其间联系的信息，成为认识新的信息的手段。这种信息叫做约束性信息。那种在新的生活遭遇中个别得到的、反映具体客观环境的情况的、作为认识对象的信息，叫作非约束性信息。从信息学的角度来看，认识能力的发展也是非约束性信息不断转化为约束性信息的过程。当然约束性信息建立的关于客观世界的规律性的认识是否正确，还须反馈到实践活动（合目的性的质能活动）中去加以验证。

第二，这个层次内涵的信息的最重要的内容，还在于把关于客观环境的信息和主体的目的（既有在种族发生中形成的长远目的，又有在具体生活情景中产生的短期目的）结合起来加工，得出规范主体本身在一定客观环境中所进行的物质和能量活动的形式的东西，亦即关于主体行为方式的信息。自组织系统在一个个具体的控制活动中是这样处理信息的：它首先获取一定的信号即得到语法信息，其次联系过去生活经验解释语法信息的含义而得到语义信息，然后根据本身正在进行的活动的目的评估语义信息的效用而得出语用信息，最后结合积淀于自身的约束性信息中的关于客观环境的规律性的认识得出关于自身当前行为方式的信息。这种关于主体行为方式的信息就是我们在自动控制机器中称为“指令信息”的东西，它由控制中枢付诸执行机构（或称效应器）加以执行。这样我们看到作为对现实世界的有序性的反映的信息，在独立存在于主体世界中时可被结合实现主体的目的的需要加以改组（将信息片段根据它们在现实世界中存在的多种可能方式重新加以联接）。总之，自组织系统因此以有利于自己的方式和环境发生相互作用。在这里我们发现一个有意思的对照，对于客体来讲，它的物质、能量运动的形式是完全依附在它的物质、能量运动上的，而对于主体来讲，却可以先设计好这个物质、能量运动的形式，再据以进行物质、能量的运动。这表现出无机自然界在进行着盲目的物质、能量运动，而自组织系统在进行着自觉的物质、能量运动。用信息来驾驭物质和能量的运动，其结果是使一定的物质和能量在实现主体目的的方向上得到尽可能经济、有效的利用。所以我们说，在信息时代，从某种意义上说，信息是比物质和能量更为重要的资源和财富。

信息概念具有两层次内涵，既是人类认识信息经历了一个历史过程所打下的印迹，也是人类根据实践和认识的需要从不同角度把握信息所导致的结果。广义信息又可称为客观信息，狭义信息又可称为主观信息。我想人们在生活实际中最先使用的是主观信息的概念，即认为信息是和人类主体不可分的一种现象。但当申农制订出信息量计算公式以后，人们发现这一计算公式与热力学第二定律中熵的计算公式仅有一个符号之差，于是就把信息与物质世界中从无序到有序的运动联系起来。对信息的本质的认识由此拓广，出现了客观信息。客观信息说明了主观信息的来源和客观基础，这就是客观世界中物质运动的形式、有序性，那些目前尚未被人类认识的客观物质的有序性最终都有可能为人类所认识而转化为主观信息。主观信息也具有特殊重要的意义，我们上面讲到信息是通过控制主体转变为有目的的自觉的物质和能量的运动的形式的，所以只是由于这种主观信息的作用，才在自然界中产生了一个“人化的自然界”。主观信息是信源和信宿、客观和主观结合和统一的产物，因此它是人类对客观世界的认识，是人类改造客观世界的凭借。马克思早已指出认识既取决于被认识的对象，也取决于主体认识对象的能力，他说：“只有音乐才能激起人的音乐感，对于没有音乐感的耳朵说来，最美的音乐也毫无意义，不是对象，因为我的对象只能是我的一种本质力量的确证”⑹；“对象如何对他说来成为他的对象，这取决于对象的性质以及与之相适应的本质力量的性质”⑺。

现在我们再来大略考察一下信息的主要功能随着自然界和人类社会的发展发生的历史演变。我们已知信息在根源上是与生物能动系统的控制活动有关的。原生动物从单细胞生物起就会在利用外部化学信息的基础上合理地组织自己的行为，比如把食物放进变形虫所在的溶液中，变形虫一得到关于食物的化学信息就开发始朝食物的方向移动。可以说这时在自然界出现了原始的物质—能量过程（在此表现为生物的新陈代谢过程）与信息—控制过程的区别。不过在初级动物那里信息活动是一个辅助环节，帮助完成自发的合目的性的质能活动，因为原始生物处理信息的能力完全是在历经自然选择的种族发生过程中作为一种本能被编码在遗传基因中的。随着物种进化，在较高级动物身上出现了脑这个处理信息的专门化的器官，在本能的无条件反射的基础上产生了与接受信号有关的条件反射，表明动物能够在后天生活环境中相对自主地（即脱离本能地）处理信息，并具有一定的学习能力。在信息活动中此时不仅有反馈，而且有根据对规律性经验的记忆超前模拟外部环境进展过程的操作，即预见未来事件的来临而对可能的应变方式做出选择。在哺乳动物那里还出现了梦境这种信息世界。由于在这个阶段信息活动具有了相对的独立性、自主性，我们可以说质能活动与信息活动处于相互借助、相辅相成的局面。迨至于人这个拥有高度发达的处理信息的器官──大脑皮层的高级动物出现，信息活动的地位在自然界又发生了飞跃。因为人的条件反射可以建立在像语词这样的抽象符号构成的第二信号系统的基础上，区别于一般动物的只建立在与各种实际事物相关的感性直观的第一信号系统的基础上，这使得人能够进行理性思维——一种高级的运用逻辑规则甚至数学法则处理世界信息的能力。人在语言中第一次实现了世界的信息化亦即符号化。随后高度发展的信息活动显得愈益远离直接的控制活动而具有独立、自主的形态，比如两个人进行交谈或某个人写书都是在进行信息活动（交流信息和编码信息），而这看来是自为目的的。但是信息活动的最终本质仍然是指导质能活动更加经济有效地实现主体的实践目的。由于控制实践的活动变得愈益宏大，发挥指导作用的主观信息也变得愈益复杂而超出了指导简单控制活动的“指令信息”的模式。在自动机中成套的指挥受控行为方式的信息形成“程序”、“软件”。在人类社会中人们根据设计图纸建造楼房，根据宪法治理国家等等，凡此种种体现了人们在自觉的实践活动中通过信息控制来调节物质、能量的管理。以上所述看来表明了信息的作用在自然界中的辩证发展的历程：由质能活动利用信息活动到质能活动与信息活动相互为用再到信息活动主导质能活动。信息活动的重要性随着控制主体的能动性的提高而增加。

信息的能动本质发展到今天已使它从作为对现实的反映到能把现实虚拟化，因此凭借电子计算机和网络技术等高科技条件的支持，“虚拟现实”、“虚拟实践”、“虚拟对象”在当今的世界上大发展。这个“虚拟化”潮流预示着人类意识在对世界实行了语言化之后将能推进的更深刻的信息化。这个“虚拟化”也是具有多种形式、含义和目的的。它可以是一种生活方式，如人们进行“虚拟旅游”或生活在“虚拟家庭”。这是在电子网络中利用先进的多媒体技术给人们营造一个仿真的理想生活环境，使人们感性地生活于其中达到娱悦精神的目的甚至实现在现实生活中不能满足的愿望。它也可以是一种实践方式，比如实现“虚拟管理”在理想模型中根据实际情况合理配置资源，由于许多本来需要经过大量实践活动才能取得的结论在虚拟实践中可以容易获得，又避免了生产活动中大量人力和物力的耗费，因而能实现管理运营的高效化。它也可是一种认识和研究的方式，在对许多具体对象的虚拟化研究中（如研究“人工生命”），人们只是通过在电脑上建构对象的数学模型进行数字计算来解决问题。这时研究者把构成世界的本质要素看作是信息（比特的世界）而不是物质，把不同的物理过程用表示不同的构成方式和过程的处理信息的算法来表示。这样可把对整个宇宙的认识都归结对信息单元进行数学运算的过程，就如人们在人脑中可能通过逻辑思考来理解宇宙的一切。从这一切虚拟化形式中，我们看到信息世界与可能世界密切相关。信息形式是构筑和表达可能性世界的手段，而虚拟世界往往是经过合理组织的可能性世界。而虚拟世界之为“虚拟”仅因它没有实物的形式，而有时从它们表现了符合客观事物的规律性因而是可实现的可能性来说，它们并不纯粹是虚拟的。这犹如在技术实践中人们把许多原本在自然界中并不存在而只是存在于可能世界中的人工创造物（像钢铁、塑料、汽车等）在现实中加以实现。现实世界和虚拟世界可以形成一个广义的世界，在其中发生着二者的交流，而代表合理的可能性的虚拟世界可以引领现实世界的发展。于是我们看到信息原本主要是用来使控制主体知道在现实对象的多种发展可能性中哪一种可能性变成了现实性的，而现在却主要用来帮助主体在可能性空间中发掘合理的可能性并促其转化为现实性。因此，现实对信息的决定作用为主愈益转变为信息对现实的反向决定作用为主。

美国技术哲学家阿伯特?博格曼（AlbertBorgman）在他的《抓牢现实——世纪转换之际的信息的本性》一书⑻中，也类似地描述了信息的作用的变迁，他说信息在人类社会发展中经历了三个阶段：1.自然信息：关于现实的信息（informationaboutreality），2.文化信息：为着现实的信息（informationforreality），3.技术信息：作为现实的信息（informationasreality）。我们也可把这三个阶段意译为：反映现实的信息，改组现实的信息和制造现实的信息。我们也由此想到卡尔?波普尔提出的“三个世界”的理论：物理世界（世界1）、精神世界（世界2）和作为人类精神的产物的思想内容的世界（世界3）。作为精神实体与物质实体的相互作用的产物的世界3本质上是一个信息世界。过去我们感到世界3的独立性和自主性很难理解，现在从虚拟世界的反作用于现实世界以及它与精神实体的相互作用中我们可以理解到这一点了。这一切都体现出人类作为“万物之灵”的本质原因就在于他是一个“信息动物”。

参考文献

⑴⑵⑶⑸维纳著作选〔C〕.钟韧译.上海:上海译文出版社,1978.8,4,81,12-13.

⑷维纳.控制论:或关于在动物和机器中控制和通讯的科学〔M〕.郝季仁译.北京:科学出版社,1985.133.

⑹⑺马克思恩格斯全集(第42卷)〔C〕.中共中央马恩列斯编译局译.北京:人民出版社,1979.125-126,125.

⑻AlbertBorgman.HoldingontoReality:TheNatureofInformationattheTurnoftheMillennium〔M〕.Chicago:UniversityofChicagoPress,1999.

生物信息学的定义篇2

引言!智能科学技术的意义人9是一种典型的信息系统9也是典型的智能系统信息技术和智能技术的重要作用就是扩展人体信息系统和智能系统的功能如图所示图智能科学技术与信息科学技术的作用和关系传感~通信~计算~控制等技术领域已经获得长足的进步但是9随着应用需求的不断深化9图模型的核心智能技术的发展提上了议事日程现有人工智能理论概述现有的人工智能研究成果已经相当丰富多彩9从理论研究的角度看9这些成果主要由三个基本理论所驱动首先是由年和发表的工作___H神经元数理逻辑模型所开创的人工神经网络方法它的基本思想是通过模拟大脑皮层神经网络的结构7特征来复现智能9因此9被后人称为H结构主义7方法等人是这一方法的代表性人物收稿日期年一批年轻学者在美国会议期间倡导了以计算机硬件平台支撑用符号逻辑描写由软件编程实现的G符号主义7方法它不关心系统的结构特征只关注系统的功能表现(因此也称为G功能主义7回避了结构模拟的困难由于功能主义方法一开始就用了人工智能7这一名称后来许多人就把人工智能7等同于G功能主义7或G符号主义7(其实人工神经网络所实现的智能也是人工智能等人是这一方法的领军人物世纪年代初期等提出了G无需知识表示和推理的智能系统7的G行为主义7方法---在分析智能系统的输入(刺激模式输出(动作模式关系的基础上系统首先鉴别输入的模式然后根据输入输出之间的关系决定输出的动作方式这便是模拟六脚虫的爬行机器人原理考虑到学术界对于人工智能理论中结构主义功能主义行为主义的具体研究成果和存在的问题早已人所共知这里不再详述机制主义虽然G结构功能行为7都是系统的重要属性但是对于智能系统来说真正能够揭示系统本质的却应当是系统的G工作机制于是与结构主义功能主义行为主义方法不同这里将直接关注G智能的生成机制7(为了简单不妨称为G机制主义那么G智能生成的共性核心机制7究竟是什么？

图表明G智能7的共性核心生机制可以理解为=在给定的问题环境目标的前提下获得相关的信息并在此基础上完成由信息到知识的转换以及由知识到智能的转换(后者简记为G信息知识智能的转换我们之所以把上面的表述称为G智能生成的共性核心机制7是因为任何智能的生成都会遵循G信息知识智能转换7这样的原则只是G转换的具体过程7会随着问题的不同而有所不同;在某些相对简单的情况下这个转换过程也可以有所简化智能生成的机制既然智能的共性生成机制表现为G由信息到知识和由知识到智能的转换7现在就逐一来考察其中所包含的各种重要的转换问题由于篇幅的原因这里只讨论到G原理级转换由本体论信息到认识论信息"信息获取智能生成机制首先要解决G在给定条件下获得相关信息7的问题即本体论信息(外部世界的问题信息与环境信息转换为认识论信息(系统获得的信息的问题为了研究这个转换需要澄清G信息7的有关概念信息论认为信息是消除不确定性的东西;不确定性是指状态和状态出现方式的不确定例如对于具有种可能状态的随机变量X若已知各个状态发生概率的分布为那么相应的信息就可以用它的概率空间来描述不过这样的信息只能告诉的某个状态会以概率发生7至于它与所关心的问题求解在多大程度上相关却不得而知因此不能满足要求年作者在信息科学原理中引入了本体论信息和认识论信息的概念事物的G本体论信息7是指事物对其运动状态及其变化方式的自述;事物的G认识论信息则是认识主体关于该事物运动状态及其变化方式(包括这些G状态方式7的形式含义和效用的表述其中关于事物运动状态的形式的表述称为G语法信息7关于事物运动状态的逻辑含义的表述称为G语义信息7关于事物运动状态对主体所呈现的效用的表述称为G语用信息语法信息语义信息语用信息的综合体则称为G全信息可见本体论信息是事物自身的信息认识论信息才是主体所获得的信息如果主体获得了事物的全信息就不仅了解了它的形式而且了解了它的内容和价值全信息需要三类参量来描述对于一个具有种可能状态的变量X用状态肯定度参量来描述的语法信息(各个状态发生的肯定程度用状态的逻辑真实度参量来描述的语义信息(各个状态内容的逻辑真实程度用状态的效用度参量来描述的语用信息(各个状态对于用户的价值大小因此全信息的描述是与不同的矩阵其中分别代表符号表示G大于或等于或小于既然事物的全信息提供了该事物的形式内容价值的信息就可以判断这个事物的信息是否与当前所关心的问题相关以及在多大程度上相关进而就可以确定是否应当设法获取这个信息文献还给出了全信息量的测度公式有需要者可以参考相关文献为了简便在下文的叙述中只要不引起阅读的误解我们把G全信息7一词简称为G信息换言之下文中出现的G信息7实际上都应当理解为G全信息7除非另有特别的声明有了这些概念就可以讨论从本体论信息到认识论信息(全信息的转换图示出了这个转换的基本原理这实际上就是从外部世界获得相关信息的原理图由本体论信息到全信息转换的原理其中语法信息获取的原理(传感)一目了然9无需解释9语用信息和语义信息的获取则分别需要进行式的效用判定和的逻辑关联操作式是计算外来刺激(信息)矢量与系统的目标矢量之间夹角的余弦值:大于零为正效用9小于零为负效用式是关联逻辑运算9它表明:G具有语法信息所描述的形式且具有语用信息所描述的效用7就是与之相应的G语义信息于是9图所示的系统可以完成从本体论信息到认识论信息的转换9即相关信息的获取转换由认识论信息到知识"认知智能生成共性机制的第二个转换是由信息提炼知识专家系统的研究曾经关注过知识的问题9但是没有涉及如何从信息提炼知识的问题9大多数专家系统的知识都是由系统设计人员手工完成的世纪年代以来兴起的关注了如何从数据中提炼知识的问题9但尚未形成普遍性和系统性理论年作者在G知识理论框架中给出了知识的概念\分类\描述和知识量的测度方法9探讨了G把信息提炼为知识7和G把知识激活为智能策略7的方法作者认为9某个事物的信息表现的是G该事物运动的状态及其变化的具体方式79而事物的知识表达的则是G该类事物运动的状态及其变化的抽象规律由G具体的变化方式7到G抽象的变化规律7的过程9正是从信息资源中提炼知识的过程因此9由信息到知识的转换原理9本质上是一种归纳和抽象的处理过程同G信息7有语法信息\语义信息\语用信息分量的情形相对应9G知识7也有G形式性知识7\G内容性知识7\G价值性知识7三个分量其中9事物的形式性知识反映的是事物结构形态方面的知识9可以用结构G关联性L7作为描述参量9内容性知识反映的是事物逻辑涵义方面的知识9可以用逻辑G合理性R7作为描述参量9价值性知识描述的是事物对于主体所呈现的价值信息9可以直接用G价值V7作为描述参量因此9对于一类事物X9如果它具有种可能的运动状态9在知识理论框架下9与它相应的知识可以描述如下其中分别代表其他符号意义同前由于篇幅原因9这里不能引述知识理论的全部结果有需要的读者可以参阅文献对照信息和知识的定义9可以启示从信息提炼知识的基本原理如前所说9事物的信息是关于事物运动状态及其变化方式的表述9事物的知识是认识主体关于事物运动状态及其变化规律的表述因此从信息提炼知识的过程就是G从具体现象到抽象规律7的归纳过程9即从同类事物的大量具体G状态变化方式7经过归纳处理9抽象出反映其中G状态变化规律7的过程它的基本原理如图所示图由信息提炼知识的归纳过程当然9依据不同的问题和约束条件9具体的归纳和抽象算法会有所不同但是9归纳和抽象的原则是普遍的事实上9目前文献中关于数据挖掘中的各种算法都可以看作是归纳算法在各种不同情况下的具体实现一般来说9事物的形式性知识可以从大量同类事物的语法信息归纳抽象出来9事物的内容性知识可以从大量同类事物的语义信息归纳抽象得到9事物的价值性知识则可以从大量同类事物的语用信息归纳抽象而成但是9同信息的情形类似9内容性知识的归纳需要与形式性知识和价值性知识共同作用9如图所示图由信息到知识的转换需要注意的是9G知识7并不是一个静止的概念9它有自己生长的过程知识的最初形态是经验9这是一种具有粗糙真理性但是还没有经过严格的科学验证的情形9可称为G经验性知识科学验证为真的经验性知识9称为G规范性知识79是知识生长的第二阶段规范性知识经过普及成为G不证自明的公理79称为G常识性知识这是知识生长的第三阶段当然9并非所有规范性知识最终都可以成为常识性知识9另一方面9那些老幼皆知和G不言而喻的共识7以及本能性知识也应归入常识性知识的范畴图表示了知识的生长阶段图知识的生长阶段知识理论的研究近几年受到越来越多的重视9正在取得可喜的进展限于篇幅9关于这方面的讨论不在这里展开有兴趣的读者可以参考相关的文献转换从知识到智能策略"决策智能生成机制的第三个转换是由知识到策略的转换由于策略比较集中地体现了求解问题的智能9因此也常常把它称为G智能策略当然9准确地说9完整的智能概念应当包含智能策略生成的过程以及智能策略应用的过程所以9策略体现的其实只是狭义智能生成智能策略的重要条件是要具备相关问题及其环境的足够知识和信息;生成智能策略的另一个重要条件是要有明确的目标前者为生成智能策略提供必要的基础后者为生成智能策略提供引导的方向基础和方向9两者缺一不可可以认为9与其他问题不同9求解智能策略的一个重要特色就是G目标导引没有目标9就谈不上智能因此9生成智能策略的过程实质上就是在给定G问题及其环境的知识和信息以及求解目标的信息7的约束条件下求解问题的过程9它的原理如图所示图由知识到智能策略的转换图中示出9G智能策略生成7的机制是按照问题环境目标的约束9根据相关理论知识9通过计算和逻辑处理产生初始策略把初始策略作用于问题9使问题的原有状态改变为新状态将问题的新状态与目标状态进行比较:如果新状态与目标之间的差异比原有状态与目标之间的差异小9就按照原有的计算与逻辑处理继续前进产生策略的后续部分9直到问题最新状态与目标之间的差异足够小9表示问题得到了满意的解决这时得到的策略就是既能满足环境约束又能解决问题达到预期目标的智能策略否则就要回到步骤在给定的知识和信息驱动下以及在目标的引导下改变原先的计算与逻辑处理9产生新的初始策略不过需要注意9在给定G问题环境的知识和信息7的条件下9图中示出的这个求解过程可能有解也可能无解取决于设定的预期目标是否合理如果出现无解的情形就只能退而求其次:或接受非最优解;或者需要修订目标重新求解有时预期目标本身是合理的9然而给定的G问题及其环境的知识和信息7不够充分9也会导致不满意的求解结果在这种条件下就需要设法得到更充分的知识和信息9否则就只能接受非优的求解结果一般9给定G问题约束的知识和信息以及预设目标之后9图所示的求解智能策略方法原则上是可行的不过9由于所利用的知识处于不同的生长阶段(见4.2>9这个一般性的原理将会有不同的具体实现方式(见第节的图转换由智能策略到智能行为"执行生成求解问题的智能策略之后9后续的过程就是要执行这个智能策略9即把智能策略转换为智能行为9使实际问题得到真正的解决从功能的意义上说9控制系统就是完成由智能策略到智能行为转换的技术系统由于这部分内容比较熟悉9这里不再展开机制主义!结构主义$功能主义$行为主义的统一机制主义认为9G信息知识智能转换7是智能生成的共性核心机制尽管存在各种不同的智能生成过程9但是G信息知识智能转换7却是智能生成过程的共同主轴差别主要表现为这些转换的具体实现方式的多样性根据上节的讨论9可以得到图的结果图信息知识智能转换:智能生成的共性核心机制图表明9结构主义方法(利用经验性知识的神经网络9其中也涉及到模糊逻辑方法和粗糙集合方法>功能主义方法(利用规范性知识的专家系统方法>行为主义方法利用常识性知识的感知动作系统方法>三者确实在机制主义(信息知识智能转换>框架下实现了完美的互补与统一而且9结构主义方法获得的经验性知识经过验证就可以成为功能主义方法所需要的规范性知识9功能主义方法的规范性知识经过普及处理就可以成为行为主义方法所需要的常识性知识可见9在智能生成机制(机制主义>的统一框架体系下9结构主义(以人工神经网络为代表>功能主义(以专家系统位代表>行为主义(以感知动作系统为代表>三者之间并不存在G孰优孰劣7的分别;相反9它们之间构成了和谐分工互补的统一体于是9G智能生成的共性机制信息知识智能转换7就天然地成为了G人工智能统一理论的基础作者相信9G人工智能统一理论7不仅有助于结束原来三种理论之间旷日持久的G孰优孰劣7之争;而且可以使人工智能的整体理论由此得到有效的深化和强化9为未来的发展创造新的基础9提供新的机会

生物信息学的定义篇3

概念是中小学理科各学科新课程内容的重要组成部分，学生概念的形成与理解将直接影响后续学习的效果。在新课程背景下如何开展概念的教与学，如何发挥概念在学生认知发展、观念建构方面的教学价值，如何通过概念学习培养学生分析问题和解决问题的能力，如何在概念学习中提升学生的科学素养，等等，已经成为中小学理科教师必须研究解决的基本理论问题和实践问题。

北京教育学院“科学教育重点学科建设”工作以“理科各学科知识结构与教学实践研究”为学科建设方向，重点研究了理科各学科的概念体系及其教学实践，本期《课程与教学》栏目选取他们的部分研究成果，供广大教师借鉴和学习。

遗传与变异是生物体的最本质特征，也是生物进化的基础。[1]因此，对于遗传与变异的学习，在理解生命现象、提高生物科学素养方面起到了基础性的作用。在小学阶段，学生通过辨认常见生物、培养植物、饲养动物、讨论克隆技术等活动，已经对生物多样性、生殖与发育等生物学问题有了直观的了解，进而对遗传与变异的概念也有了感性的认识。在此基础之上，初中生物学新课标主要以遗传信息的物质基础与传递表达方式为切入点，要求教师在教授遗传与变异相关知识时，促使学生建立如下三个重要概念：

第一，生物能以不同的方式将遗传信息传递给后代。一些进行无性生殖，后代的遗传信息来自同一亲本；一些进行有性生殖，后代的遗传信息可来自不同的亲本。

第二，DNA是主要的遗传物质。基因是包含遗传信息的DN段，它们位于细胞的染色体上。

第三，遗传性状是由基因控制的，基因的遗传信息是可以改变的。

笔者认为，这三个要求，涵盖了经典遗传与分子遗传的主要内容，有利于学生建构遗传与变异的概念体系，从而为高中以至更长远的学习活动打下坚实的基础。教师应该善于运用各种方法落实上述要求，促进重要概念的内化，提高教学的有效性。

同时，我们应该看到，课标对于遗传与变异重要概念的要求，大体上是按照“从高到低”的顺序排列的：首先谈到的是遗传信息的传递与表达方式，然后是遗传信息的物质基础，最后是遗传信息的基本定义。为了便于理解，我们将按照相反的顺序对课标要求进行逐一的解读，找出其内部联系，为更好地落实重要概念教学提出可行性的建议。

一、关于“基因”的定义

新课标中明确要求教师帮助学生建立“遗传性状是由基因控制的”“基因是包含遗传信息的DN段”等重要概念，这就要求教师明确“基因”的定义。但是，迄今为止，“基因”的准确定义尚存在争议。特别是随着分子生物学的发展，人们又发现了移动基因、断裂基因、假基因、重复基因、重叠基因及一系列的调控序列，使基因的定义更加复杂化。无论是课标还是教材，初中教学当中已经出现了“基因”一词，这对教学而言是一种挑战。很显然，对于没有接触染色体精细结构、尚未学习中心法则的初中学生而言，还不能准确地从物质基础这个层面了解基因的性质与功能，从而不能理解遗传与变异的特征与目的。

笔者建议，对于遗传信息的物质基础，在初中阶段应予以淡化。显然，上述关于基因的复杂的定义，属于生物学事实的范畴。初中阶段的重点应该是从概念层面解释“基因”的本质。其实，从分离与自由组合定律（孟德尔）到连锁与交换定律（摩尔根），人们已经明确了两个问题：其一，生物体内存在着控制各个性状的、按照一定规律进行相互作用的遗传因子；其二，这些遗传因子在体内呈有规律的线性排列。虽然一直到摩尔根创立遗传染色体学说时，人们仍然不能从分子水平上揭示基因的结构与功能，但是对于上述两个问题的认识，足以从逻辑层面给出“基因”的定义：存在于细胞特定位置上的、按照某种数学规律进行相互作用从而控制性状的“基本因子”。这个关于“基因”的定义，可以作为一般概念呈现给初中学生；进而通过基因与性状关系的例子，就能够总结出“遗传性状是由基因控制的”这一重要概念。对于初中生物学教学来说，这是最重要的。因为，这种概念化的、抽象的知识，能够锻炼学生透过现象探究事物本质的思维能力，有利于学生抽象思维的发展，从而有利于学生创新能力的提高。

我们不难发现，上述关于“基因”的定义，对于科学教育也是有重要意义的。很大程度上是因为它描述了所有科学门类的共同特征：基本因素的界定、分类和相互作用分析。如经典物理中的“质点”、化学中的“分子”、普通生物学中的“细胞”等等，都是各个学科中的“基本因素”。只有准确定义了“基本因素”，才能在此基础之上进行演绎、归纳，使本学科具有了数理传统。反之，若未准确定义“基本因素”，则难于进行逻辑层面的分析，整个学科偏向于博物学传统。两种传统不仅影响了各个学科的特质，还影响了学生对于不同学科学习与复习的策略。从初中到高中，“遗传与变异”内容有了“基因”的定义，使得本段教学内容更加凸显理科特征，这是教师在教学中要注意的。

二、关于遗传信息的传递与表达

从新课标的要求来看，遗传信息的传递与表达是“遗传与变异”教学的重点，从分子基础（遗传信息的调控与改变）到细胞行为（无性生殖和有性生殖）都作了要求，这就要求教师在备课时关注以下三个方面的问题。

1.遗传信息流动

遗传现象大体上可以分为细胞核遗传和细胞质遗传，且目前可认为前者是“主流”，而后者是“支流”。显然，“支流”不会是中学教学的重点。但是，应该在讲解基因的细胞定位和遗传信息的流动时，适当提及细胞质遗传的概念以及对生物体性状的影响，使学生能够全面地了解遗传信息流动的过程，知道除细胞核外，细胞质对性状也有一定的控制作用，从而在概念层面理解细胞质功能的复杂性。另一方面，“主流”和“支流”的共性，是遗传信息的传递和表达，在本质上，都体现了“生物能以不同的方式将遗传信息传递给后代”这一重要概念。教师可以先列举常见的遗传现象（即生物学事实），如“种瓜得瓜，种豆得豆”等，帮助学生建构重要概念，以便于学生顺利地迁移应用和学习。

2.人类性别基因

在初学遗传与变异时，初中学生往往不能准确把握基因与性状的关系，不能准确把握基因、DNA与染色体的位置关系，从而认识不到人类的性别决定机制。学生能够通过各种渠道了解人类X和Y染色体，进而简单地认为性别不同的根本原因是X和Y染色体的形态不同。对于这个问题，除要适当地介绍遗传信息的物质基础外，还应该为学生建立这样一个认识：人类的性别，其实就是一种特殊的“相对性状”。例如，在人教版教材中就提到“近年来，科学家发现Y染色体上还有3个基因，决定的产生和成熟。最近，科学家又陆续发现了X染色体上与女性性别有关的基因”。在此处，教师就应该提示学生：基因与性状的关系，同样可以用来解释人类的性别决定。只不过性别决定的过程是多个基因控制着多个性状，从而塑造了不同性别。如果课时允许，教师还可以就此介绍一些由于染色体变异而导致的性别异常的现象，让学生认识到，从某种意义上讲，性别并不是严格区分为“雌”“雄”两种形式，而是存在“过渡”状态的。这对学生从系统的角度认识生物的复杂性，进而认识生物本质是有很大帮助的。

“人类性别基因”一节是初中生物学教学的重点和难点。而从内容上看，本节内容是课标所述三个重要概念的应用，即从人类性别决定的角度阐明了遗传的本质。因此，教师必须在讲授本节课之前，就完成三个重要概念的建构，从而指导学生把握遗传本质，进行下位学习。

三、关于“变异”的概念教学

“变异”作为初中生物学教学的难点，有两个问题是要深入思考的。

1.可遗传变异和不可遗传变异

初中课标要求学生知道变异主要分为两类：可遗传的变异和不可遗传的变异。可遗传的变异是由遗传物质的变化引起的变异；不可遗传的变异是由环境引起的，遗传物质没有发生变化。显然，某一变异是否可遗传，关键是看遗传物质是否发生变化，而不是影响生物体的因素。由于学生初次学习基因与环境的关系，故需要用恰当的实例来帮助学生建构可遗传变异和不可遗传变异的概念。如同样是“无籽”农作物，“无籽西瓜”的“无籽”性状就是可遗传的，而“无籽番茄”的“无籽”性状是不可遗传的。通过这样的实例，学生就会认识到，一种变异是否可遗传，取决于遗传物质是否发生了改变，从而紧扣重要概念的教学。

2.可遗传变异的来源

可遗传变异的来源主要有3个：基因重组、基因突变和染色体变异。要认识可遗传变异的来源，必须对遗传信息的细胞定位及流动方式有比较清晰的认识，故对于初中学生而言，是一个难于理解的知识点，教师可用一系列实例加以说明。例如，农牧业中传统的育种技术，实质上就是基因（染色体）重组；无籽西瓜、八倍体小麦属于染色体变异（数目的变异）；而镰刀型贫血症（在各版初中生物学教材中均有介绍）则属于基因突变。通过一系列的实例介绍，学生能够形成这样一个概念：突变的来源是多方面的，基因与性状之间的关系是复杂的。这与前面关于“表遗传学”的概念不谋而合，说明基因本身及其转录、表达调控，共同影响了性状的产生。通过展示这些生物学事实，学生就更加清楚“DNA是主要的遗传物质”“基因是包含遗传信息的DN段，它们位于细胞的染色体上”以及“遗传性状是由基因控制的，基因的遗传信息是可以改变的”等重要概念，从而更加深入地理解遗传与变异对于生物进化的重要意义。

重要概念是基于学科事实的、对学生总体把握知识体系、进行后续学习的思维框架，对于学生理解学科本质、提高学科素养具有重要作用。[2]新课标明确指出：“生物科学素养是指参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力，包括理解科学、技术与社会的相互关系，理解科学的本质以及形成科学的态度和价值观。”可见，所谓生物学的“重要概念”，就是基于生物学科具体知识的、代表本学科基本观念与思想的知识。只有从重要概念的高度审视生物学科教学，才能清楚什么是对学生终身发展和终身学习有用的知识，才不会使自己的教学拘泥于一个个具体的生物学科事实中，才能摆脱死记硬背的学习方式，进而对生物学科本质问题进行思考，凸显生物学科的理科特质。

参考文献

[1]吴庆余.基础生命科学(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

生物信息学的定义篇4

数据：是载荷或记录信息的按照一定规则排列组合的物理符号。它可以是数字、文字、图像，也可以是声音或计算机代码[2]。数据本身不具有语义内涵，只有通过对数据背景和规则的解读才能获取信息。

信息：信息有多个层次的定义，从信息哲学的角度，有本体论层次的信息定义和认识论层次的信息定义。某事物的本体论层次信息，就是该事物运动的状态和状态变化方式的自我显示[3]。认识论层次的信息，是指主体所感知或表述的关于该事物的运动状态及其变化方式的形式、含义和效用，其中形式因素的信息部分称为“语法信息”，含义因素的信息部分称为“语义信息”，效用因素的信息部分称为“语用信息”，把同时包含语法、语义、语用信息的认识论信息称为“全信息”[4]。在信息链中，信息＝数据＋背景[5]，即信息是数据被赋予现实意义后在信息媒介上的映射。

知识：从认知哲学的层面看，知识是事物运动状态和状态变化的规律[6]。从信息链角度看，知识是对信息加工、吸收、提取、评价的结果[7]。信息转换成知识的条件是信息和实践结合，并经过人类大脑的思维、整理、评价和实践检验，可用“信息＋经验＝知识”[8]来表达。由于知识是与实践经验相联系的信息，因此，知识有显性和隐性知识之分。

智能：信息链中的智能和情报被视为同一概念，我们认为情报和智能是既有区别又有联系的两个概念，在此我们首先解释智能概念：智能是解决问题的一种能力和方略，是在一定的环境下针对特定的问题和目的而有效地获得信息、处理信息形成知识和策略、利用策略来解决问题，从而成功地达到目的的能力[9]。智能是被目的所激活的知识，是知识在一定条件下的运动方式。

从以上数据、信息、知识、智能的基本概念出发，可以认为数据是信息的原材料，其外延涵盖范围最广；信息是知识的上位概念，信息的外延大于知识；知识来源于信息，知识是智能策略的上位概念，知识的趋向是要成为人们决策的智能方法。数据、信息、知识、智能之间存在包含关系，如图1所示：

数据、信息、知识、智能概念关系示意图

在信息链中，数据、信息、知识、智能策略之间还存在一种层递关系，表现为数据在一定的背景和规则下，通过解读，转换为可接受的信息；信息只有结合人的实践经验，通过学习、评价、筛选才能上升为知识；而知识被目的激活后才能成为智能策略，如图2所示：

数据、信息、知识、智能层递关系示意图

2情报术语及其与信息链的关系

学科术语的成熟与稳定，反映了该学科发展的完善程度。在情报学领域，情报是最基本的术语，同时也是争议最大的术语，其争议不仅反映在术语的词语表达上，同时也反映在其概念界定上。情报学的这种术语不稳定表现，说明了该学科的发展还不够完善。

2.1情报的概念诠释

关于情报的概念，国内外学者们主要是从数据、信息、知识、智能等角度来定义的。

(1)从数据角度定义的情报概念。如美国乔治亚工业学院的斯拉麦卡教授认为“情报就是有用的数据或被认为有用的数据”[10]；情报决策学派的代表人物——美国俄亥俄州立大学的约维茨提出“情报是对决策来说具有价值的数据资料”[11]；学者罗爵认为“情报是消除不确定性保证高效行为的数据”[12]。

(2)从信息角度定义的情报概念。如维克利认为“情报是有意发出的改变接受者知识结构的信息内容”[13]；刘植惠提出“情报是能解决问题的社会信息”[14]。

(3)从知识角度定义的情报概念。如英国著名的情报学家布鲁克斯认为：“情报是使人原有知识结构发生变化的那部分知识”[15]；国内情报学家严怡民教授提出：“情报是作为交流传递对象的知识”[16]。

(4)从信息角度定义的情报概念。如勃拉特、霍肖夫斯基等人认为“情报是发生在人脑中的智能过程的表现”[17]；其它类似的观点还有：“情报就是逻辑的、推理的表达本领；情报就是形成、修改和使用的智力模型”[18]，等等。

上述四类定义情报的角度，都只侧重了情报的某一方面的特性，但从这四个角度的情报定义可以看出，情报与数据、信息、知识、智能有密切联系。基于这样的认识，我们认为：情报是针对一定的主体对象被激活了的有用的信息或知识。

2.2情报与信息链的关系

生物信息学的定义篇5

阅读下面的文字，给“中国建筑的‘文法’”下定义。

中国建筑怎样砍割并组织木材成为梁架，成为斗拱，成为一“间”，成为个别建筑物的框架，怎样用举架的公式求得屋顶的曲面和曲线轮廓；怎样结束瓦顶；怎样求得台基、台阶、栏杆的比例……这都是我们建筑上两三千年沿用并发展下来的惯例法式。无论每种具体的实物怎样千变万化，它们都遵循着那些法式。构件与构件之间，构件和它们的加工处理装饰，个别建筑物和个别建筑物之间，都有一定的处理方法和相互关系，所以我们说它是一种建筑上的“文法”。这种“文法”有一定的拘束性，但同时也有极大的运用的灵活性，能有多样性的表现。它不是一人一时的创作，它是整个民族和地方的物质和精神条件下的产物。

【技法指导】

如何才能又快又准地解答“下定义”题目呢？笔者觉得应该从以下几个方面着手。

一、明晰概念

下定义就是用简洁明确的语言对事物的本质特征作概括说明。如果用一个公式表示就是：概念=概念所归的属+种差（即特征）。正确的下定义应遵守以下四条规则：一是定义项和被定义项的外延要相等，不能过宽或过窄。二是定义项中不能有含混或比喻的词语。三是定义项中不能直接或间接包括被定义项。四是定义项中不能出现否定词。

二、找基本规律或方法

1.转换原句调整法。即将其中的句子转换为以定义项为主语的句子，随后确定一句为基本句，然后将其他内容要点提取出来，做基本句的修饰限制成分，并按一定的逻辑顺序放在相应的位置上。

2.确定主干句填充枝叶法。所谓“主干句”，就是由主语、谓语、宾语组成的句子。定义项是主语，谓语由动词“是”担当，宾语在所给的材料中寻找。框架确定了，再把材料中阐述概念本质特征的信息抽取出来当做枝叶，分别填充到主谓宾的各个位置上去。

3.筛选主要信息归并法。应先将与定义项有关的材料筛选出来，然后再按照下定义的要求，对提取出来的材料进一步加工，进而形成答案。

另外，下定义应该淘汰以下六种信息：（1）重复、冗赘信息。（2）比较信息。（3）成因、背景信息。（4）描写信息。（5）作用、意义信息。（6）举例的信息。以上六种信息直接影响着下定义的准确性和严密性，因此我们必须认真解读，做到准确淘汰。

【同步训练】

阅读下面的文字，给“短信文学”下定义，要求语言简洁，含标点符号在内不超过60字。

生物信息学的定义篇6

从系统论的角度，“整合”是指一个系统内各要素的整体协调、相互渗透，使系统各要素发挥最大效率，“课程整合”是使分化了的教学系统中各要素及其各成分形成有机联系，并成为整体的过程，所谓信息技术与物理课程整合，是指运用系统论的观点和方法，以先进的教育教学理论为指导，在物理课程教学过程中把信息技术、信息资源、信息方法、人力资源、物理课程内容与物理课程教学等有机结合，把信息技术作为一种工具、媒介和方法融入到物理学科的教学过程中，共同完成物理课程目标的一种新型的课程研制理论和实践。

因此，信息技术与物理课程的整合，要将信息技术在教育中的三大功能(学习对象、教学工具与学习工具)统一起来，共同服务于对物理课程各个方面的系统设计、处理和实施，以便更好地完成物理课程目标，我们可以从以下三个方面来理解信息技术与物理课程的整合：第一，应该在以网络和多媒体为基础的信息化环境中实施物理课程教学活动；第二，对物理课程内容进行信息化处理后成为学习者的学习资源；第三，利用信息技术使学习者改变学习方式，学生学习方式的变革是学习化社会的基本要求，为此，信息技术应该促进学生的学习方式发生改变，主要的变化在于从强迫式学习转换为自我要求的学习，从物理知识的并列性、片段性学习转换为融合性、关联性学习，从书桌上的学习转换为实践力、行动力的体验性学习，从以记忆为中心的学习转换为研讨学习方法的学习，从固有体系的学习转换为对应生活主题的学习。

从一般意义上讲，策略是为了达到某种目的使用的手段或方法，在教育学中，这个词一直与“方法”、“步骤”同义，教学策略是教师在教学过程中，为达到一定教学目标而采取的一系列相对系统的行为，相应地，可以把信息技术与物理课程整合的策略理解为：教师在教学过程中，为达到信息技术与物理课程整合的目标而采取的一系列相对系统的行为。

1整合的指导思想——先进的教育教学理论

信息技术与物理课程整合是为了培养学生良好的信息素养以及创新精神和实践能力，因此，信息技术与物理课程整合的过程不仅仅是现代信息技术手段的运用过程，它必将促进物理教学方式的根本性变革，要较好地实现信息技术与物理课程整合，必须以先进的教育教学理论作指导，否则，整合的实践只能是盲目的。

这里的理论主要指行为主义教学理论、认知教学理论和建构主义教学理论等现代教学理论，其中，建构主义教学理论在现代教学理论中独树一帜，建构主义教学理论是在20世纪90年代初期，伴随着多媒体和网络通信技术的日渐普及而逐渐发展起来的，该理论认为：学习是学习者主动地建构知识的过程，是一个交流和合作的互动过程，学习者对知识的掌握不是由教师传授或灌输的，而是以自己的方式建构的对事物的理解，建构主义教学理论强调以学生为中心，强调情景和“合作学习”对意义建构的重要作用，强调对学习环境的设计，强调利用各种信息资源来支持“学”，强调学习过程的最终目的是完成意义建构，多媒体和网络技术能够提供图文声像并茂的情境，提供有利于协作学习的交互式学习环境，还能够提供有利于激发学生主动发现、主动探索的大量资源，多媒体和网络技术的普及，实际上为建构主义的学习环境提供了最理想的条件，同时，建构主义学习理论强调的“以学生为中心”、让学生自主建构知识意义的教育思想和教学观念对于多年来统治我国各级各类学校课堂的传统教学结构与教学模式产生了强烈的冲击，对多媒体与网络技术在教育领域的应用以及信息技术与物理课程的整合提供了强有力的理论支持。

2整合的基本途径——结合物理学科特点建构新型教学模式

体现新型教学结构要求的教学模式很多，而且因学科而异，在不同的学科领域，由于学科内容不同，思维方式也不一样，在进行信息技术与课程整合的过程中肯定会有不同的做法，文科以形象思维为主，教学内容较为直观具体，着重感性思维，理工科以抽象思维为主，教学内容较为抽象而强调逻辑推理，只有根据不同学科的特点进行信息技术与课程整合，才能获得最佳效果，因此，每位物理教师都应结合物理学科特点去建构既能实现信息技术与物理课程整合，又能较好体现新型教学结构要求的新型教学模式。

结合物理学科的特点，从有利于创新人才培养的角度考虑，两种基于信息技术与课程整合的教学模式最能体现新型教学结构的要求，这两种教学模式就是“研究性”教学模式和“协作式”教学模式，探究性教学模式是指在教师的指导下，学生从学习生活和社会生活中选择并确定研究专题，用类似科学研究的方式，主动地获取知识、应用知识、解决问题的教学模式，协作式教学模式是指在情景教学中，学生在小组或团队中为了完成共同的任务，有明确的责任分工，学生间进行讨论、交流，以补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解，充分发挥学生的主动性、积极性和创造性的互的教学模式，这种模式对于激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识和能力具有重要作用。

3整合的关键——注重对物理教师实施培训

信息技术与物理课程整合的关键是物理教师，离开了物理教师的积极参与，整合将无从谈起，物理教师应该清醒地认识到课程整合不是一个结果而是一个过程，它是一个动态的有机渗透的过程，对学校及教师具有极其重要的意义，首先，教师不再是某个外在结果的消极的执行者，而是这个结果的直接建构者和参与者；其次，教师只有在课程整合的过程中才能学会整合，体验整合，并逐步打破惯常对自我的学科身份的认定和对其他学科的无知或偏见，实现物理学科教学与信息技术整合，要求教师在以多媒体和网络为基础的信息化环境中实施物理课程教学活动，并且对物理课程教学内容进行信息化处理，使之成为学习者的学习资源，并提供给学习者共享学习，教师要充分利用信息加工工具让学生进行知识重构，利用文字处理、图像处理、信息集成的数字化工具，对物理课程知识内容进行重组、创作，为此，需要对物理教师实施培训：现代信息环境下先进的教育理论培训，以转变传统的教学观念；物理教师信息技术能力培训，使他们能够运用技术表达教学内容、教学方法，优化教学结构；教学设计方法培训，使教师能够较好地规划和设计自己的教学；信息技术与课程整合模式培训，使教师了解信息化教学展开的具体进程与方式。